660MW超临界CFB锅炉炉内气固流动特性的数值研究

摘要

超临界循环流化床(CFB)技术是一项高效、低污染的洁净燃烧枝术，具有良好发展前景。但是由于锅炉结构的复杂性，导致炉内气固两相流动的多样性与非线性，从而影响炉内水冷壁磨损、燃烧温度场、床内传热量等。所以对超临界CFB锅炉的气固流动的研究是当今重要的研究方向。对大型CFB锅炉内流动过程建立基本的数学模型以及对内部复杂的气固流动过程进行数值模拟，能够精确地预测整个CFB锅炉内部性能，为锅炉的设计和运行提供有效的技术支持，对促进大型CFB锅炉的发展是十分必要的。
　　本文首先介绍了欧拉-欧拉气固两相流动模型方法、重点分析了湍流模型、颗粒动理学理论以及双流体模型中的曳力模型。其次，针对CFB上升管，利用欧拉-欧拉气固两相流动模型进行数值模拟，验证了模型的有效性。分别采用不同曳力、湍流模型及恢复系数来分析CFB上升管中的气固流动模拟的准确性，并研究了不同运行参数对流动特性的影响。结果表明:当只考虑提升管稀相区固相的浓度与速度或者颗粒团聚作用较小时，Gidaspow模型可以作为曳力模型进行模拟计算。应用离散湍流模型也可以预测提升管气固两相流动特性。颗粒粒径越大，颗粒沿轴向的空隙率相对均匀，反之轴向速度分布越不均匀;一次风速变大，颗粒空隙率降低，截面上的颗粒空隙率分布趋于均匀;床层堆积高度变大，截面的颗粒浓度增大。
　　最后，本文研究了660MW超临界CFB锅炉炉膛气固流动分布特性，分析了炉膛内气固两相压力、浓度以及速度等分布规律，并研究一次风速及颗粒粒径对流动特性的影响，结果表明:颗粒浓度沿着炉膛高度方向呈现上稀下浓分布，在炉膛截面上，颗粒浓度呈现典型的“环-核”流动状态;炉膛床压随炉膛高度呈现反指数函数变化;颗粒速度呈现中心区域高，边壁区域低的分布规律，炉膛双裤衩腿内固相速度呈现“M”型分布。一次风速的变大，双裤衩腿内压降比较剧烈，在靠近炉膛顶部区域内的压力变化则很平缓;稀相区颗粒浓度和速度逐渐增加，双裤衩腿内的浓度变化则很平缓。颗粒直径的变大，炉膛双裤衩腿内压力变化较小，炉膛上部压力逐渐降低;双裤衩腿内颗粒浓度持续增大，而稀相区颗粒浓度则变化较小;中心环内固相速度上升的幅度高于炉膛壁面处。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 超临界CFB锅炉研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 CFB气固两相流模型研究现状

1．4 本文主要研究内容

2 欧拉-欧拉气固两相流动模型方法

2．1 基本控制方程

2．1．1 质量守恒方程

2．1．2 气固相动量守恒方程

2．1．3 湍流方程

2．2 颗粒动理学模型

2．2．1 颗粒拟温度方程

2．2．2 颗粒粘度模型

2．2．3 颗粒压力模型

2．2．4 曳力模型

2．3 外循环UDF模型

2．4 CFD计算方法

2．5 本章小结

3 提升管实验装置流动过程的数值研究

3．1 引言

3．2 计算模型及边界条件

3．2．1 计算条件

3．2．2 结构化网格

3．3 模拟结果验证

3．4 三种曳力模型下上升管流动模拟准确性探讨研究

3．4．1 曳力系数分析

3．4．2 颗粒轴向浓度分布

3．4．3 颗粒径向浓度分布

3．4．4 颗粒轴线上的分布

3．5 恢复系数对上升管流动特性模拟准确性的影响

3．6 湍流模型对上升管流动特性模拟准确性的影响

3．7 运行参数对上升管流动特性的影响

3．7．1 颗粒直径对上升管流动特性的影响

3．7．2 一次风速对提升管流动特性的影响

3．7．3 物料堆积高度对提升管流动特性的影响

3．8 本章小结

4 660MW超临界CFB锅炉炉膛气固流动模拟研究

4．1 引言

4．2 计算模型及主要参数

4．2．1 CFB锅炉结构

4．2．2 几何模型

4．2．3 计算模型及边界条件

4．3 660MW超临界CFB锅炉炉膛内气固两相流的流动特性

4．3．1 颗粒浓度分布

4．3．2 轴向压力降分布

4．3．3 颗粒速度分布

4．4 运行参数对CFB锅炉流动特性的影响

4．4．1 一次风速对炉内流动的影响

4．4．2 颗粒粒径对炉内流动的影响

4．5 本章小结

结论

展望

参考文献

附录主要符号

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢